Orientador: Flávio Vasconcelos da Silva

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química

Resumo: A ?otação por ar dissolvido é empregada principalmente em tratamento de águas para consumo. Consiste em separar partículas em suspensão através da sua adesão a micro-bolhas de ar de 30-100 µm de diâmetro, provocando uma diminuição na densidade aparente destas partículas pela formação de um...

Resumo: A ?otação por ar dissolvido é empregada principalmente em tratamento de águas para consumo. Consiste em separar partículas em suspensão através da sua adesão a micro-bolhas de ar de 30-100 µm de diâmetro, provocando uma diminuição na densidade aparente destas partículas pela formação de um aglomerado partícula/micro-bolha. Para isto, ar é dissolvido sob pressão em água clari?cada dentro de um vaso saturador e em seguida injetado no tanque de ?otação após uma rápida queda de pressão que permite a nucleação das micro-bolhas de ar. No vaso saturador é preciso regular o nível de água para não ocorrer seu esgotamento, a pressão para manter a qualidade das micro-bolhas geradas e não causar sobre-pressão no sistema, e a fração de reciclo para garantir a separação do material suspenso com o fornecimento adequado de micro-bolhas no ?otador. Este trabalho é um dos primeiros a explorar o controle e automação do processo de tratamento de água empregando ?otação por ar dissolvido. Foi construído um protótipo totalmente automatizado deste processo de tratamento, iniciando uma nova linha de pesquisa com a investigação da relação de variáveis manipuladas no controle do processo. Foram implementadas malhas de controle utilizando recursos de inteligência arti?cial para manipular as condições de operação do sistema de ?otação visando regular a turbidez da água na saída do ?otador e, com isto, buscando também menor consumo de energia nos equipamentos e menor esforço de controle nos atuadores. Atuando na fração de reciclo para corrigir a turbidez pós-?otação, a estratégia Fuzzy permitiu uma melhoria de 70,6 % no critério IAE em relação à estratégia utilizando a pressão do vaso saturador para regular a turbidez com um controlador PI. Embora não tenha sido observada redução no consumo de energia da planta em relação à malha aberta, a implementação de malha de controle para regulação da turbidez possibilita menor contaminação do ?ltro de areia com ?ocos não ?otados, melhorando a carreira de ?ltração do sistema e sem penalizar os atuadores com elevado esforço de controle

Abstract: Dissolved air ?otation is a water treatment process widely applied to produce drinking water. Rely on suspended particles removement by attachment to air micro-bubbles from 30-100 µm, hence reducing particles density by particle/microbubble aglomerate formation. In order to achieve that,...

Abstract: Dissolved air ?otation is a water treatment process widely applied to produce drinking water. Rely on suspended particles removement by attachment to air micro-bubbles from 30-100 µm, hence reducing particles density by particle/microbubble aglomerate formation. In order to achieve that, air is dissolved in clean water inside a vessel pressured with air and then injected in ?otation tank after an abrupt pressure drop that allows microbubbles generation. At saturator vessel some variables such as liquid level, pressure, and recycle ratio must be regulated. The liquid level must be controlled to avoid drying-out, the pressure must be regulated to keep air dissolution and avoid system overpressure, and the recycle ratio to guarantee suspended material separation by adequate microbubbles supply to ?otation tank. This work is pionner in investigating dissolved air ?otation process control and an automated ?otation system was assembled on this work. The aim of this research was to investigate the relationship between manipulated variables in control and automation of dissolved air ?otation process. Control loops with arti?cial intelligence techniques were designed to control dissolved air ?otation operate conditions aiming clari?ed water turbidity control and, thus, lower energy consumption and control efforts. Using recycle ratio as manipulate variable, Fuzzy control strategy allowed an improvement of 70,6 % on IAE criteria in comparison to the control strategy using PI controller and saturator pressure as manipulate variable. Although the Fuzzy control strategy did not reduced the power consuption compared to open loop strategy, turbidity control enables less ?lter contamination with ?ocs not ?oatted, improving ?lter cleaning procedure and not affecting actuators control efforts

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